[发明专利]一种无金属集流体复合电极及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种无金属集流体复合电极及其制备方法和锂离子电池，所述无金属集流体复合电极由隔膜和涂覆在所述隔膜表面的电极活性材料组成，所述隔膜包括基膜和形成在所述基膜表面的涂层，所述涂层包括无机物颗粒和粘结剂，所述无机物颗粒为AlPO₄和/或LiGe₂(PO₄)₃。本发明提供的复合电极及其电池由于不使用集流体，一方面带来能量密度的提升，另一方面也使材料成本明显下降，以当前一般电池中集流体的质量占比进行计算，能量密度提升约18％，材料成本降低约8％。此外，由于使用该复合电极的电池制备工艺和传统锂离子电池制备工艺一致，可直接应用现有工艺和装备进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地，涉及一种无金属集流体复合电极及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有许多突出优点而广泛应用于诸多领域，但是随着应用领域的不断扩展和应用要求的不断提高，对电池能量密度的提升要求更加迫切。通常，锂离子电池由正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外包装材料组成，除正负极活性物质参与电化学反应外，其他都为非活性物质，高能量密度的开发途径主要为降低非活性物质占比。

传统电极制备的一般工艺为匀浆后将浆料涂覆于箔材之上，然后进行分切，其后进行卷绕或叠片组装成电芯。传统电极的制备工艺使得箔材成为支撑电极成型的必备材料，这种非活性材料的重量直接限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。以常规正极而言，一般活性涂层面密度为36mg/cm²，而且使用15μm铝箔，其面密度为4.05mg/cm²；以常规负极而言，一般活性涂层面密度为17mg/cm²，而且使用8μm铜箔，其面密度7.12mg/cm²。由此可见，开发无集流体的复合电极对于更高能量密度电池的开发意义显著。

中国专利CN109360939A公开了一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法，其中无集流体极片的制备方法为：1)将活性物质、导电剂、粘接剂、溶剂均匀混合，制备成浆料；2)将浆料均匀的涂覆在光滑疏水的蓝宝石衬底表面以形成连续的薄膜，烘干；3)将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中，采用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落；利用铜网将脱落的薄膜从水中捞起，真空烘干即可得到柔性无集流体薄膜极片。但是该方法过程十分复杂，而且其中还涉及将薄膜浸泡在水中，若后续烘干不彻底则对于锂离子电池而言是严重的质量隐患；还有，从实施例来看，该方法目前仅能组装为扣式电池，应用范围较窄。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无金属集流体复合电极及其制备方法和锂离子电池。

本发明第一目的为提供一种无金属集流体复合电极，由隔膜和涂覆在所述隔膜表面的电极活性材料组成，所述隔膜包括基膜和形成在所述基膜表面的涂层，所述涂层包括无机物颗粒和粘结剂，所述无机物颗粒为AlPO₄和/或LiGe₂(PO₄)₃。

本发明以具有涂层的隔膜作为电极的支撑材料，采用常规工艺将电极活性材料涂覆到所述隔膜上，得到无集流体的复合电极，提升了电池的能量密度，也使材料成本下降。而且具有涂层的隔膜较无涂层的隔膜其温度收缩性更好，在后期进行涂布电极活性材料时涉及涂层的干燥，对于油系浆料，往往干燥温度较高，选择耐温更高的具有涂层的隔膜可以使涂布工艺不用改变。此外，本发明中隔膜上特定涂层的存在，使得电极活性材料与隔膜兼容性和接触更优，而且经过干燥和辊压等工艺后该隔膜和电极活性材料涂层具有较好的机械性能。

进一步地，所述无机物颗粒的粒径为50nm～5μm。

进一步地，所述基膜为聚烯烃材料，包括聚乙烯、聚丙烯等。

进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、丙烯酸酯类、丙烯腈类粘结剂中的一种或多种。